Windkraft die zukunftsweisende Energieform

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1 Windkraft die zukunftsweisende Energieform Dr. Norbert Pillmayr KELAG-Kärntner Elektrizitäts-Aktiengesellschaft 21. Juni 2013 Windpark Balchik, Rumänien; Montage Kelag KS-I

2 Was ist Windenergie? Windenergie ist Allgemein eine indirekte Form der Sonnenenergie und zählt daher zu den erneuerbaren Energien. eine bekannte Möglichkeit, um Energie aus der Umwelt zu schöpfen. Physik der Windenergie Windenergie ist kinetische Energie der Luftteilchen, welche sich mit der Geschwindigkeit v bewegen. Kreisfläche mit dem Radius r steht senkrecht zur Windrichtung und wird dabei in der Zeit t von folgender Masse durchströmt: m = pv = p Avt = p πr 2 vt Somit ergibt sich eine Energie und Leistung mit E kin = 1 2 m v2 = π 2 pr2 t v³ somit P wind v³ Die Windenergienutzung ist seit dem Altertum bekannt (Schifffahrt, Windmühlen). Heute ist die Stromerzeugung mittels Windkraftanlagen die mit großem Abstand wichtigste Form der Nutzung. 2

3 Die Windkraftanlage (1/2) Meilensteine Leistung und Ertrag Bauformen 12. Jahrhundert in Europa die ersten Windmühlen Ende 19. Jahrhundert die ersten Anlagen zur Stromerzeugung 1920, Albert Betz physikalisch bedingt sind höchstens 59,3% der Energie des Windes nutzbar. 1957, Ulrich W. Hütter legte die Grundlage für alle modernen Windkraftanlagen. Anfang 1980er Jahre dänisches Konzept setzte sich durch. Nennleistung ist größer als die Auslegungsgeschwindigkeit und liegt meist zwischen 12 m/s und 16 m/s Windgutachten die lokalen Windeigenschaften können routinemäßig ermittelt werden Volllaststunden Binnenland 2000 h Küstennähe 2500 h Off-Shore-Anlagen 3400 h Abschätzung Jahresertrag für den Standort der WKA wird die so genannte mittlere Windgeschwindigkeit angegeben Horizontale Rotationsachse muss der Windrichtung nachgeführt werden. Die Gondel ist mit einem Azimutlager (Horizontalwinkel) horizontal drehbar auf den Turm angebracht. Die Ausrichtung des Rotors in den Wind erfolgt dann mittels Stellmotoren. Vertikale Rotationsachse je nach vorherrschenden Standortbedingungen eine gute oder sogar bessere Alternative zu Anlagen mit horizontaler Rotordrehachse. Eine Windkraftanlage wandelt die kinetische Energie des Windes bzw. der Luftteilchen in elektrische Energie um und speist diese dann in das Stromnetz ein. 3

4 Die Windkraftanlage (2/2) Motor Generator Regelung und Betriebsführung Der Motor besteht aus der langsamen Welle, dem Getriebe und der schnellen Welle. Das Getriebe liegt nun zwischen den beiden Wellen und bewirkt eine Umsetzung der Drehzahl. Die schnelle Antriebswelle läuft circa 50-mal so schnell wie die langsame Antriebswelle. Die schnelle Antriebswelle ist meistens mit einer mechanischen Bremse ausgestattet. Die elektrische Ausrüstung lässt sich in den Generator, in das System zur Netzeinspeisung und in das Steuer- und Überwachungssystem für den Anlagenbetrieb unterteilen. Die Stromumwandlung beruht auf der Lorentzkraft. Die Lorentzkraft ist jene Kraft, die ein elektromagnetisches Feld auf eine bewegte elektrische Ladung ausübt. Für regionale Anlagen existieren verschiedene Konzepte, die sich zum Teil auch auf die Anlagenkonstruktion und deren Bestandteile auswirken. Die Windkraftanlagen werden von der Regelelektronik bei zu ertragsversprechenden Windgeschwindigkeiten angefahren und bei zu großen Windgeschwindigkeiten wieder abgeschaltet. Ab einer Windgeschwindigkeit von 2-4m/s schaltet die Steuerung der Windkraftanlage ein, da erst dann nennenswerte Energiemengen abgegeben werden können. Die zentralen Bestandteile einer Windkraftanlage sind die Rotorblätter, die Nabe, das Getriebe, die Bremse und der Generator. 4

5 Leistung [MW] Anlagen [n] Windkraftanlagen in Österreich Regionale Verteilung Leistung und Anlagen (Stand Ende 2012) Installierte Leistung Errichtete Anlagen Gesamt 2012: 763 Anlagen MW Leistung Über 2,9 Mrd kwh Stromerzeugung Knapp 5% des Stromverbrauches Bundesland Leistung Anlagen Niederösterreich 679,1 MW 410 Burgenland 612,0 MW 286 Steiermark 52,7 MW 34 Oberösterreich 26,4 MW K W OÖ Stmk Bgld NÖ 50 0 Wien 7,4 MW 9 Kärnten 0,5 MW 1 Österreich 1.378,0 MW 763 Die 763 in Österreich installierten Windkraftanlagen (Stand 2012) befinden sich zu über 90% in Ostösterreich in den beiden Bundesländern Niederösterreich und Burgenland. 5

6 Effekte des Windenergieausbaues 2012/2013 Investitionen Investitionen in Windenergie ,7 MW EUR 490 Millionen ,1 MW EUR 690 Millionen Einsparung CO 2 -Emissionen Windenergieausbau 2012/ ,7 MW Tonnen/Jahr ,1 MW Tonnen/Jahr Alternative Energies / Jürgen from Sandesneben, Montage Kelag Windenergiebestand 2012/ ,0 MW 1,8 Millionen Tonnen/Jahr ,1 MW 2,5 Millionen Tonnen/Jahr Die hohen Summen, die in den Ausbau der Windenergie investiert werden, führen auch zur Nachhaltigkeit durch die deutlich messbaren Einsparungen bei den CO 2 -Emissionen. 6

7 Anteil der Windenergie am elektrischen Endenergieverbrauch Bundesland Anteil 2012 Anteil 2013 Niederösterreich 13,8% 16,9% Burgenland 84% 113,9% Österreich 4,9% 6,4% Nazomi PLC, renewable energy, Kelag Montage Durch die installierten Windkraftanlagen im Burgenland ist die Selbstversorgung dieses österreichischen Bundeslandes mittels erneuerbarer Energie möglich geworden. 7

8 Fragestellungen Wie können Windkraftanlagen in Zukunft Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen bzw. Kernkraftwerke in ausreichendem Maß ersetzen? Ist Windenergie sicher bzw. welche Einflüsse auf Mensch und Umwelt haben Windenergiekraftanlagen? Wir benötigen in der Zukunft eine Energiepolitik die Nachhaltigkeit und Sicherheit vereint und den notwendigen Energiebedarf in Europa zu leistbaren Preisen sicherstellt. 8

9 Autoren-Information Dr. Norbert Pillmayr CIO T +43(0) F +43(0) KELAG Kärntner Elektrizitäts-Aktiengesellschaft Arnulfplatz Klagenfurt Österreich Windkraft die zukunftsweisende Energieform 21. Juni 2013 Dr. Norbert Pillmayr 21. Juni

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